RU2317443C1

RU2317443C1 - Sucker-rod pumping unit

Info

Publication number: RU2317443C1
Application number: RU2006109936/06A
Authority: RU
Inventors: Михаил Иванович Галай; Александр Иванович Лобов; Николай Александрович Демяненко; Василий Сергеевич Мануйло
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2008-02-20
Also published as: RU2006109936A

Abstract

FIELD: oil producing industry.

SUBSTANCE: invention is designed for use in oil wells with high oil-gas ratio and for wells with low flowing levels. Proposed sucker-rod pumping unit includes tubing string of which sucker-rod pump is secured consisting of cylinder, plunger with delivery valve installed in cylinder for reciprocating, and suction valve arranged in lower part of cylinder. Cylinder is provided with at least one radial hole communicating with annulus through housing secured on outer surface of cylinder and provided with at least one bypass valve. Radial hole is located higher than upper end face of plunger at its extreme lower position and lower than lower end face of plunger at its extreme upper position in cylinder.

EFFECT: increased capacity of tube sucker-rod pumps at production of oil in fields with high oil-gas ratio.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к нефтяной промышленности и предназначено для эксплуатации нефтяных скважин с высоким газовым фактором, а также для скважин, где эксплуатацию осуществляют при низких динамических уровнях.The invention relates to the oil industry and is intended for the operation of oil wells with a high gas factor, as well as for wells where operation is carried out at low dynamic levels.

Известна штанговая насосная установка (RU 2186949 C2, 2000.04.10), в которой в процессе добычи нефти с начала восходящего хода плунжера свободный газ, скапливающийся в межтрубном пространстве скважины, вводят во внутреннюю полость цилиндра для откачивания его совместно с газожидкостной смесью, а в конце восходящего хода плунжера для увеличения коэффициента наполнения установки и обеспечения откачивания свободного газа во внутреннюю полость цилиндра, под действием давления столба жидкости, находящегося в насосно-компрессорных трубах (НКТ), из кольцевого пространства вводят отсепарированную жидкость, которую направляют в него по стенкам НКТ из восходящего потока под действием гравитационных сил, при этом отсепарированную жидкость дросселируют для дополнительного выделения из нее газа и понижения давления во внутренней полости цилиндра.A well-known sucker rod installation (RU 2186949 C2, 2000.04.10), in which, during oil production from the beginning of the upward stroke of the plunger, free gas accumulated in the annulus of the well is introduced into the internal cavity of the cylinder to pump it together with the gas-liquid mixture, and at the end upward stroke of the plunger to increase the filling factor of the installation and ensure pumping of free gas into the internal cavity of the cylinder, under the influence of the pressure of the liquid column located in the tubing, from the number tsevogo spaces the separated liquid is introduced, which is sent to it on the walls of the tubing upstream under the action of gravitational force, wherein the separated liquid is throttled to further separation of gas therefrom and reducing the pressure in the inner cavity of the cylinder.

Недостатком данной конструкции является то, что во время эксплуатации насосной установки постоянно имеет место гидравлическая связь между полостью НКТ над плунжером скважинного насоса и приемной полостью под нагнетательным клапаном плунжера, что приводит к тому, что вследствие значительного превышения гидростатического давления жидкости в колонне НКТ над давлением всасывания затрудняется процесс открытия всасывающего клапана и то, что это же гидростатическое давление и препятствует отводу свободного газа из-под плунжера насоса.The disadvantage of this design is that during operation of the pump installation there is a constant hydraulic connection between the tubing cavity above the plunger of the well pump and the receiving cavity under the discharge valve of the plunger, which leads to the fact that due to a significant excess of the hydrostatic pressure of the liquid in the tubing string over the suction pressure the process of opening the suction valve and the fact that it is the same hydrostatic pressure and prevents the removal of free gas from under the plunger of the pump is hindered.

Известна также скважинная штанговая насосная установка (RU 2196249 С1, 2001.05.11) для откачки эмульсионных нефтей и газожидкостных смесей, содержащая колонну НКТ с хвостовиком, штанговый насос с основными и дополнительными всасывающими клапанами, причем насос садится на опорное конусное седло.Also known is a well sucker-rod pumping unit (RU 2196249 C1, 2001.05.11) for pumping emulsion oils and gas-liquid mixtures, containing a tubing string with a liner, a sucker-rod pump with main and additional suction valves, and the pump sits on the supporting cone seat.

Недостатком данной насосной установки является то, что конструкция не позволяет откачать из забоя скважины имеющуюся там воду или жидкость. Кроме того, не решена проблема отвода свободного газа, скапливающегося под плунжером насоса.The disadvantage of this pump installation is that the design does not allow to pump out the water or liquid there from the bottom of the well. In addition, the problem of discharging free gas accumulating under the pump plunger has not been solved.

Наиболее близким к предложенному технологическому решению является глубинный штанговый насос (RU 2165010 С1, 16.08.1999), включающий в себя цилиндр, расположенный в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения плунжер с нагнетательным клапаном, втулочный упор плунжера, всасывающий клапан, расположенный сбоку вне зоны действия плунжера.Closest to the proposed technological solution is a deep sucker rod pump (RU 2165010 C1, 08.16.1999), which includes a cylinder located in the cylinder with the possibility of reciprocating movement of the plunger with a discharge valve, a sleeve stop of the plunger, a suction valve located laterally outside the zone action plunger.

Недостатком данной конструкции является то, что при повышенном газовом факторе скважины над плунжером насоса нарастает «шапка» свободного газа, которая существенно снижает коэффициент наполнения насоса и оказывает нежелательное влияние на работу штанговой насосной установки. Кроме того, при движении плунжера вниз жидкость из колонны нефтяных труб свободно перетекает в межтрубное пространство через радиальное отверстие, тем самым снижая производительность насоса.The disadvantage of this design is that when the gas factor of the well is increased, a “cap” of free gas builds up above the pump plunger, which significantly reduces the pump filling factor and has an undesirable effect on the operation of the sucker rod pump unit. In addition, when the plunger moves downward, fluid from the oil pipe string flows freely into the annulus through a radial hole, thereby reducing pump performance.

Задача изобретения состоит в повышении производительности трубных штанговых насосов во время добычи нефти на месторождениях с высоким газовым фактором.The objective of the invention is to increase the performance of tube sucker rod pumps during oil production in fields with a high gas factor.

Поставленная задача достигается тем, что штанговая насосная установка, включающая в себя колонну насосно-компрессорных труб, на которой закреплен штанговый насос, состоящий из цилиндра, расположенного в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения плунжера с нагнетательным клапаном, всасывающего клапана, причем в цилиндре выполнено по меньшей мере одно радиальное отверстие, сообщенное с межтрубным пространством, согласно изобретению всасывающий клапан расположен в нижней части цилиндра, а радиальное отверстие сообщается с межтрубным пространством через закрепленный на наружной поверхности цилиндра корпус, содержащий по меньшей мере один перепускной клапан, и расположено выше верхнего торца плунжера при его крайнем нижнем положении и ниже нижнего торца плунжера при его крайнем верхнем положении в цилиндре.The task is achieved in that the sucker rod installation, which includes a tubing string, on which a sucker rod pump is mounted, consisting of a cylinder located in the cylinder with the possibility of reciprocating movement of the plunger with a discharge valve, a suction valve, and in the cylinder at least one radial hole in communication with the annulus, according to the invention, a suction valve is located at the bottom of the cylinder, and the radial hole is communicated with Xia through annulus mounted on the outer surface of the cylinder body comprising at least one bypass valve, and is located above the upper end of the plunger in its lowermost position and below the lower end of the plunger at its uppermost position in the cylinder.

Перепускной клапан может быть устроен так, что под действием гравитационных сил будет стремиться находиться в открытом положении.The bypass valve can be arranged so that under the influence of gravitational forces will tend to be in the open position.

На фиг.1 изображена штанговая насосная установка при ходе плунжера вверх; на фиг.2 - насосная установка при ходе плунжера вниз.Figure 1 shows the sucker rod pump during the plunger up; figure 2 - pumping unit during the stroke of the plunger down.

Штанговая насосная установка состоит из колонны насосно-компрессорных труб 1 и закрепленного на ней насоса, состоящего из цилиндра 2 с всасывающим клапаном 3, расположенным в его нижней части. Внутри цилиндра 2 с возможностью возвратно-поступательного движения расположен плунжер 4 с нагнетательным клапаном 5. Плунжер 4 соединен с колонной насосных штанг 6. На боковой поверхности цилиндра 2 выполнено радиальное отверстие 7, соединяющее приемную камеру 8 насоса с межтрубным пространством 9 через закрепленный на наружной поверхности цилиндра 2 корпус 10, в полости 11 которого расположен один или несколько перепускных клапанов 12. Седло 13 клапана 12 устроено сверху клапана, поэтому клапан 12 находится в открытом положении под действием силы тяжести. При этом радиальное отверстие 7 расположено таким образом, что верхний торец 14 плунжера 4 при его крайнем нижнем положении в цилиндре 2 (фиг.2) оказывается ниже данного отверстия, а нижний торец 15 плунжера 4 при его крайнем верхнем положении в цилиндре 2 оказывается выше отверстия (фиг.1).The sucker rod pump installation consists of a tubing string 1 and a pump mounted on it, consisting of a cylinder 2 with a suction valve 3 located in its lower part. A plunger 4 with a discharge valve 5 is located inside the cylinder 2 with the possibility of reciprocating movement. The plunger 4 is connected to the column of pump rods 6. A radial hole 7 is made on the lateral surface of the cylinder 2, which connects the receiving chamber 8 of the pump with the annular space 9 through a fixed outer surface cylinder 2 body 10, in the cavity 11 of which one or more bypass valves 12 is located. The seat 13 of the valve 12 is located on top of the valve, so the valve 12 is in the open position under the action of s gravity. In this case, the radial hole 7 is located so that the upper end 14 of the plunger 4 at its extreme lower position in the cylinder 2 (Fig. 2) is lower than this hole, and the lower end 15 of the plunger 4 at its extreme upper position in the cylinder 2 is higher than the hole (figure 1).

Штанговая насосная установка работает следующим образом.Rod pump installation operates as follows.

При движении плунжера 4 вверх из крайнего нижнего положения (фиг.1) давление в приемной камере 8 насоса снижается, открывается всасывающий клапан 3 и пластовый флюид поступает в приемную камеру 8. При этом под нижним торцом 15 плунжера 4 начинает скапливаться свободный газ 16, который выделяется из пластового флюида вследствие снижения давления.When the plunger 4 moves up from the lowermost position (Fig. 1), the pressure in the intake chamber 8 of the pump decreases, the suction valve 3 opens and the formation fluid enters the intake chamber 8. At the same time, free gas 16 begins to accumulate under the lower end 15 of the plunger 4, which released from reservoir fluid due to pressure reduction.

При дальнейшем движении плунжера 4 вверх его нижний торец 15 проходит радиальное отверстие 7 и осуществляется гидравлическая связь приемной камеры 8 с полостью 11 корпуса 10. При этом свободный газ через радиальное отверстие 7 и открытый клапан 12 выходит в межтрубное пространство 9. Одновременно нефть из межтрубного пространства 9 под действием давления динамического уровня перетекает в приемную камеру насоса 8 и вытесняет свободный газ, тем самым увеличивается коэффициент наполнения и возрастает производительность насоса.With further movement of the plunger 4 upward, its lower end 15 passes a radial hole 7 and the receiving chamber 8 is hydraulically connected to the cavity 11 of the housing 10. In this case, free gas through the radial hole 7 and open valve 12 enters the annulus 9. At the same time, oil from the annulus 9 under the influence of pressure of a dynamic level flows into the receiving chamber of the pump 8 and displaces the free gas, thereby increasing the filling coefficient and increasing the productivity of the pump.

При движении плунжера 4 вниз (фиг.2) давление в приемной камере 8 насоса и полости 11 корпуса 10 возрастает, всасывающий клапан 3 и перепускной клапан 12 корпуса 10 закрываются, и пластовый флюид через открытый нагнетательный клапан 5 перетекает в колонну НКТ 1 и далее на устье скважины. После прохождения верхнего торца 14 плунжера 4 до радиального отверстия 7 гидравлическое давление столба жидкости, находящейся в колонне НКТ 1, действует на клапан 12, расположенный в корпусе 10, и не дает ему открыться. Таким образом, перекрывается гидравлическая связь между межтрубным пространством 9 и колонной НКТ 1, предотвращая перетекание жидкости в межтрубное пространство 9. Далее цикл повторяется.When the plunger 4 moves downward (FIG. 2), the pressure in the intake chamber 8 of the pump and the cavity 11 of the housing 10 increases, the suction valve 3 and the bypass valve 12 of the housing 10 are closed, and the formation fluid flows through the open discharge valve 5 into the tubing string 1 and then to wellhead. After passing the upper end 14 of the plunger 4 to the radial hole 7, the hydraulic pressure of the liquid column located in the tubing string 1 acts on the valve 12 located in the housing 10 and does not allow it to open. Thus, the hydraulic connection between the annulus 9 and the tubing string 1 is blocked, preventing the flow of fluid into the annulus 9. The cycle is then repeated.

Claims

1. A sucker rod pump installation, including a tubing string, on which a sucker rod pump is mounted, consisting of a cylinder located in the cylinder with the possibility of reciprocating movement of the plunger with a discharge valve, a suction valve, and at least in the cylinder one radial hole in communication with the annular space, characterized in that the suction valve is located in the lower part of the cylinder, and the radial hole communicates with the annular space through mounting on the outer surface of the cylinder body comprising at least one bypass valve, and is located above the upper end of the plunger in its lowermost position and below the lower end of the plunger at its uppermost position in the cylinder.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the bypass valve is designed so that under the influence of gravitational forces tends to be in the open position.